有没有办法提前识别问题？提前知道手机这么设计容不容易摔坏？为什么容易摔坏？优化哪个地方能避免摔坏？这不是异想天开，而是有可能的，解决问题的关键就在于两个字——仿真。
我们的手机摔在地上会坏吗？在信号太差的地方通话会断线吗？听音乐时音调太高会刺耳吗？
以前，回答这些问题的唯一办法就是测试。比如2014年，为了保证Mate7的高品质，我们不断用样机来做跌落测试，每次十台，从1米多高摔到大理石地面上，根据结果改方案、开模、试制，继续跌。用了两三个月，摔坏几百台手机才达成可靠性要求。
可这样的“体检”费时费力，只能亡羊补牢，不仅延长了开发周期，也增加了开发成本。有没有办法提前识别问题？提前知道手机这么设计容不容易摔坏？为什么容易摔坏？优化哪个地方能避免摔坏？
这不是异想天开，而是有可能的，解决问题的关键就在于两个字——仿真。
仿真是什么？说白了就是一种模拟，比如手机从1米高的地方跌落下来，速度太快，肉眼看不到跌落瞬间，不知道为什么手机会坏。而仿真根据图纸，建立虚拟模型，可以在计算机里提前模拟手机跌落过程，计算出哪些器件受力最集中、可能会损坏，从而对开发提出优化建议。
这种未卜先知给手机“算命”的能力，能代替真实的测试，可前提是仿真精度足够高，能做到所见即所得，仿真速度也足够快，能及时给开发提供“炮弹”。
所以，我被几百台Mate7砸出心头血后，就立志要提升华为的仿真能力，我给结构仿真团队布置了任务：把仿真精度提升至90%，把仿真时间从一周缩短至1天。大伙瞪大了眼睛，面面相觑：“这不可能吧，业界谁也达不到这种水平。”我说：“一年不可能就两年，两年不可能就三年，一定要拿下！”
但这个要求我不只是对结构仿真团队提出来的，也希望天线、音频、热学、光学仿真都能做到。于是，我们开始了整体仿真技术的提升之路。
招兵买马，把能力提上去
为了达成目标，我们先得找寻“外脑”，构建起一支真正有能力有水平的队伍。
2014年校招，我去浙江大学招聘博士，当时华为手机品牌还没有足够的号召力，我讲了一个多小时口干舌燥，最后满怀期待地问：“哪位博士想来做仿真？举个手吧！”现场沉寂，没有一个人举手，场面一度尴尬。我解释说：“华为是一个有理想的公司，我们的目标不只是手机从1米多高的地方摔下来摔不坏，而是做到手机自动优化、设计！仿真大有可为，真心希望你们能来，和我们一起实现这个理想。”
也许是看到了我们的诚恳，最后，两个博士留了下来，之后越来越多的人才加入我们，目前仿真实验室博士占了近一半。他们来了以后，专攻仿真的三大难题：第一，研究实现仿真精度和自动化的算法；第二，算出每个器件在什么样的受力、湿度、温度场等变化下会损坏；第三，研究每种器件和材料的特性。
对内，我们与2012实验室、芬兰研究所、美国研究所等顶级专家组成技术项目组，对外，与美国伊利诺伊大学、密苏里科技大学等知名高校建立朋友圈。比如，我们和世界顶尖的专业实验室合作，共同测定终端产品材料的高速力学性能，建立了电子行业最先进的材料动态性能数据库。
在硬件上，我们大胆投入采购设备：在结构仿真领域，建立高精度的静态力学实验环境、材料动态疲劳性能实验环境，支持仿真在材料寿命预测上持续领先；在天线仿真领域，建成全世界精度最高的暗室，真正把天线测试做到极致；在电磁仿真领域，为了给地球磁场“把脉”，定制了直径1.1毫米的类地球线圈，精准控制中心点的磁场大小；在热仿真领域，开发出全场景热仿真评估系统，评估时间达到毫秒级……
这就是华为的基因，一旦认准某个技术对消费者有意义，公司愿意投入，让业界最优的人才、资源为我所用。
“行啊！仿真有两把刷子！”
到了2016年，我们在仿真精度上有了突破，在结构仿真领域率先实现90%的定量精度。这意味着，仿真拥有了给产品设计“算命”的能力，可以预测产品设计的问题，并给出解决方案。
但自说自话可不行，怎么让大家相信这不是吹牛？
在一款Mate手机的试制阶段，双摄像头出现跌落后无法对焦、拍照模糊的情况，基本每十部样机就有8部要出问题。我们“解剖”手机后发现，摄像头马达上的弹片裂开了，导致光轴偏移，无法对焦。单摄只有一个摄像头，光轴偏了也能拍得清，但双摄就不行，两个摄像头要同时对准一个画面，两个光轴必须平行，偏移不能超过0.1毫米。
质量部门和摄像头厂商多次沟通解决方案，对方摆摆手，一脸无奈：“没办法啊，从这么高的地方摔下来，裂开是正常的，不裂才是奇迹。”
项目一度陷入了僵局，这个问题不解决，双摄只能成为泡影，手机就失去了一大“杀手锏”，竞争力大打折扣。眼瞅着这么好的设计就要打水漂了，我拍着胸脯保证：“仿真能搞定！”
既然夸下海口，就能拿出真本事。我们根据设计图，建构双摄像头的虚拟模型，细致到连40微米厚的弹片边缘都一清二楚。然后用计算机模拟跌落全过程，仿真软件根据力学公式进行计算，得出跌落瞬间不同零部件的受力值。在生成的跌落动画中，0.1秒的跌落瞬间被无限拉长，我们可以像看电影一样，一帧一帧地看每个零部件、不同位置受力值的变化。
这些不同压力区域会显示为不同颜色，当受力超出风险会告警为红色，看起来像是动态的气象云图。仿真结果一下把“症结”揪出来了——摄像头马达弹片拐弯的点显示为红色，压力最大，但只要调整一下弹片形状和拐弯角度，就能改变力的传递，使摄像头不会摔坏。很快，我们就给出了精确的“治疗方案”，并最终验证通过。
整个过程行云流水，一气呵成。看到困扰了一两个月的问题，就这么三下五除二轻松解决了，结构工程师大跌眼镜：“行啊！仿真有两把刷子！”
阻止全面屏“吃”信号
不仅如此，华为手机信号好，最主要的是天线性能好，可天线极为敏感，稍微动一下主板的布局、手机的外壳，信号就千差万别，所以仿真的“出场率”也越来越高。
比如，全面屏手机用起来很爽，却给天线带来麻烦：屏幕的ITO（氧化铟锡）层和FPC（柔性板）进入“天线净空区”，原本性能满分的天线，加上屏幕后信号却被“吃”掉了一半。
为了全面屏的惊艳设计，就要牺牲信号质量？天线工程师当然不甘心：是时候召唤出仿真“神器”了！
天线仿真团队一步步庖丁解牛，研究屏幕的建模方法。屏幕是手机中最大的一块模组，看似简单却内有乾坤，触摸层和显示层都有很复杂的走线，走线宽度只有几微米，厚度只有几百纳米。想精确地计算出屏幕的电流分布，建起一个完整的屏幕模型几乎不可能。
既然一步到位搞不定，分步走行不行？我们想出了等效建模方案，把整个屏幕拆分成玻璃盖板、触摸面板、显示面板等，然后分别等效建模，达到“1+1=2”的效果。
一般来说，铜皮能起到隔离天线和屏幕的作用，但要贴多大范围，覆盖哪些位置？在仿真中，我们计算出各种方案对天性性能的影响，开出了“处方单”：在中框上贴铜皮，并标明铜片形状、覆盖范围、接地方式等。经过验证，天线性能改善明显，被“吃”掉的信号全吐出来了！
让我们骄傲的是，参与仿真的所有天线都达到了设计标准，消费者在享受全面屏带来的视觉美感的同时，也拥有了杠杠的信号质量。
除此，在音频、电磁、热学等各领域，仿真也都成了“香饽饽”：音频仿真模拟了手机在360度空间中立体的声场分布，优化了各腔体的出音设计、输入信号，最终实现“隐形”立体声的功能；电磁仿真模拟静电放电，针对接电话、拔插耳机线等不同场景对症下药，驯服了手机中来无影去无踪的静电……
仿真技术“唯快不破”
仿真出马机会越来越多，可速度还跟不上开发周期，常常有开发人员追着我们要仿真结果。所以，我们一直在想办法，把原本由人完成的建模和数据分析工作交给机器，实现仿真自动化。
要让计算机自己“画”模型没那么容易。简单的二维图像，电脑程序很容易识别，但手机是三维立体的，结构复杂，如果不告诉机器，机器怎么知道手机的“眼睛”在哪儿，“鼻子”在哪儿？只能抓瞎，画出非常粗略的模型。
这个难题一度成为瓶颈。但我觉着，不能只盯着眼前，要抬头看业界，只要有借鉴意义的都可以拿过来试。一次，我和Z高校的一个博士聊天，无意听他说起正在让计算机自动识别土方车，阻止车进入限定区域。我眼睛一下就亮了：“既然可以识别土方车，那识别手机里的音箱、麦克风不也小菜一碟吗？”
我们很快和Z自动化研究所合作，掌握了三维模型识别的技术，并在这个基础上优化。机器要足够聪明，必须不断学习。常规方法是人不停地给机器“喂”案例，把机器养大，但我们创新地把三维模型识别技术和仿真平台结合起来，只要平台蹦出案例，机器就会自动进入学习模式，把建模过程进一步智能化。
此外，仿真数据的分析也耗时费力。比如做一轮整机的结构仿真要做26个跌落方向，会产生26个计算结果，每个结果都有几十个G的数据。如果一个个打开看，找具体哪里的数值比较高，判断是不是超过了风险，速度太慢。所以，我们定义了分析数据的规则，让程序自动分析计算结果，并通过优化算法，改变一个CPU分析一个作业的做法，同一时间用几十个CPU来分析同一个作业，几十倍地提升了效率。
这样一来，做一次仿真只要不到12个小时，今年会缩短至8小时，架构设计今天提出一个想法，仿真当天就能给预测结果，保证设计快速优化，趋近极致，这在其他公司是根本无法想象的。
不同于产品技术，在产品上不能一眼看出仿真技术的水平，但它却能驱动产品开发，支持华为在研发能力上快人一步，具备更强的竞争力。希望在不久的将来，只要提设想，机器就能自动设计出性能最好的产品，给消费者带来最好的体验。
以上文章被中国计算网收录于2018年12月5日，转自https://bbs.hupu.com/21817901.html，欢迎CAE与计算机行业人士投稿于中国计算网
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